DE1600737B1

DE1600737B1 - Druckausgleichseinrichtung in einer in einem Absperrhahn zwischen Gehaeusebohrung und Kueken eingelegten Dichtungsbuchse aus Fluorkohlenstoffharz

Info

Publication number: DE1600737B1
Application number: DE19671600737
Authority: DE
Inventors: Duffey Donn William
Original assignee: Duriron Co Inc
Current assignee: Flowserve Corp
Priority date: 1966-02-03
Filing date: 1967-01-13
Publication date: 1970-09-24
Also published as: SE322383B; CH461207A; FR1500729A; AT278456B; ES336287A1; GB1160290A; NL6617979A; US3383088A; BE690140A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Druckausgleichsein- macht demzufolge die Erfindung Gebrauch von den

richtung in einer in einem Absperrhahn zwischen bekannten membranartigen Absperrorganen in Sicher-

Gehäusebohrung und Küken eingelegten Dichtungs- heitsventilen, um das Einbeulen der Dichtungsbuchse

buchse aus Fluorkohlenstoffharz zwischen einem durch zwischen der Außenumfangsfläche der Buchse

von der Außenumfangsfläche der Buchse und der 5 und der Gehäusebohrung eingesickertes Material

Gehäusebohrung sowie einem von der Innenumfangs- und damit die Gefahr des Blockierens des Kükens

fläche der Buchse und dem Kükendurchflußkanal in der Sperrstellung zu vermeiden. Zweckmäßig

in der Absperrstellung des Kükens eingeschlossenen besteht diese kleine Zerreißzone aus einem Teil mit

Raum. der Dichtungsbuchse, die normalerweise ein konti-

Eine bekannte derartige Druckausgleichseinrichtung io nuierliches Dichtungselement bildet, das frei von (USA.-Patentschrift 3 066 909) besteht aus zwei in irgendwelchen Durchlässen ist, die einen Fluß vom der Dichtungsbuchse aus Fluorkohlenstoffharz vor? Kükendurchflußkanal zum Außenumfang der Dichgesehenen durchgehenden Öffnungen, "die jeweils tungsbuchse und umgekehrt erlauben würden. Die in einem Winkel von 90° in bezug auf die Durchfluß- kleine Zone geringerer Dicke als die Dicke der Öffnungen in der Dich'tüngsbuchse bzw. dem Hahn- 15 Dichtungsbuchse bildet nur eine Sicherung, um die gehäuse angeordnet--sind. Diese durchgehenden Dichtungsbuchse in jenen Fällen zu schützen, in Öffnungen ermöglichen einen Druckausgleich zwischen denen Druckbedingungen vorherrschen, die bei der dem Raum, der durch die Außenumfangsfläche der Betätigung des Kükens ein Verdrehen oder Zerreißen Buchse und dec .Gjshäifseböhrürig ■ begrenzt ist, und der Dichtungsbuchse verursachen könnten. Vorteilhaft dem von der Innenumfangsfläche der Buchse und dem 20 ist ferner, daß selbst nach dem Zerreißen der Zone Kükendurchflußkanal eingeschlossenen Raum, wenn geringerer Dicke nur der erwünschte Druckausgleich sich das Küken in der geschlossenen Stellung befindet. zwischen Außenumfangsfläche der Buchse und Ge-Nachteilig bei dieser bekannten Druckausgleichs- häusebohrung einerseits sowie ■ Jnnenumfangsfläche einrichtung ist, daß sich bei gesperrtem Küken im der Buchse und Kükendurchflußkanal andererseits Kükendurchflußkanal langsam das abzusperrende 25 stattfindet, woraufhin der Riß in der Zone geringerer Medium ansammeln kann. Dient nun der Absperrhahn Dicke sich praktisch wieder schließtund einenMediumszur Absperrung unterschiedlicher Medien, die frei fluß in entgegengesetzter Richtung verhindert,
von Verunreinigungen bleiben sollen, so ist der- im Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht Kükendurchflußkanal vorhandene Mediumsrest höchst darin, daß die Zone eine Membran mit einer Dicke unerwünscht. Bei einigen Materialien, beispielsweise 30 -zwischen 0,25 und 0,56 mm ist. Diese Membran läßt reaktiven Monomeren, die sich leicht verfestigen, sich auf einfache Weise durch Anbohren der Dichtungsbesteht außerdem die Gefahr, daß diese die durch- buchse an der erforderlichen Stelle herstellen. Die gehenden Öffnungen in der Dichtungsbuchse ver- Bohrtiefe wird dabei so gewählt, daß der membranstopfen, was zum'Versagen'der'Drückausgleichsein- artige Buchsenabschnitt eine Wanddicke von 0,25 bis richtung beim Betrieb; ,des.-Absperrhahns führt. Die 35 0,56mm erhält.

bekannte Druckausgielchseinrichtung ist daher nur Die Erfindung wird anschließend an Hand der

begrenzt einsetzbar. ' Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Bei Sicherheitsventilen (USA.-Patentschrift3116747) Es zeigt

ist es ferner bekannt, ein membranartiges Absperr- F i g. 1 einen Schnitt eines Absperrhahnes mit einem

organ vorzusehen, das nach Erreichen eines bestimmten 40 Küken nach der vorliegenden Erfindung,

Druckes bricht und einen Druclanitteldurchtritt Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie2-2 in

von einem Raum-höheren Druckes in einen Raum - Fig. 1 mit dem Küken in geschlossener Position,

niedrigen Druckes freigibt. Eine bekannte Ausführung F i g. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 2

eines solchen membranartigen Absperrorgans hat die und

Form eines Kegels, dessen Spitzenzone dünnwandiger 45 Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt, der die

ist als der restliche Teil der Membran, um in dieser Einzelheiten der Druckentlastungszonen in der

Spitzenzone beim Erreichen des Zerreißdruckes den Dichtungsbuchse nach der vorliegenden Erfindung

Bruch des membranartigen Absperrorgans herbei- zeigt,

zuführen. In der Zeichnung (Fig. 1 und 2), die eine bevorzugte

Der Erfindung'liegE,dip,Aufgabe zugrunde, die 50 Ausführungsform der Erfindung zeigt, besitzt der

eingangs erwähnten Nachteile zu vermeiden und eine Absperrhahn ein Gehäuse 20 mit einer konischen

Druckausgleichseinrichtung für die Dichtungsbuchse Bohrung 21, die sich vom verjüngten Teil des Ge-

in einem Absperrhahn für die Sperrung auch unter- häuses aus quer durch dieses erstreckt und deren

schiedÜcher Medien zu schaffen, die die bei Sicherheits- unteres Ende durch ein mit dem Gehäuse aus einem

ventilen üblichen Maßnahmen zur Bregenzung eines 55 Stück bestehendes Teil 22 verschlossen ist. Kanäle 23

Druckes in einem Druckraum zur Vermeidung des und 24 öffnen sich zu der Gehäusebohrung 21 von

Einbeulens der Dichtungsbuchse verwendet, damit entgegengesetzten Seiten des Gehäuses aus, und

das Hahnküken stets leicht gängig bleibt. "- Flansche 23 sind an den äußeren Enden der Kanäle

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer für eine übliche Befestigung an Rohrleitungen vor-

Druckausgleichseinrichtung der eingangs bezeichneten 60 gesehen.

Art dadurch gelöst, daß die Druckausgleichseinrichtung Wie in Fig. 1 gezeigt, ist an dem unteren Ende in der Dichtungsbuchse aus einer kleinen Zone ge- des sich verjüngenden Teils der Bohrung 21 eine ringerer Dicke als die Dicke der Dichtungsbuchse Ringschulter 30 vorgesehen, deren innerer Durchbesteht und erst dann wirksam wird, wenn der Druck messer merklich kleiner als der kleinste Durchmesser in dem Raum zwischen der Außenumfangsfläche 6g des sich verjüngenden Teiles der Bohrung ist. Über der Buchse und der Gehäusebohrung ein vorbestimmtes dieser Schulter 30 ist die Bohrung mit einer vorzugs-Maß überschreitet und die Zone der Dichtungsbuchse weise kontinuierlichen Ringnut 31 von wesentlich geringerer Dicke durchbricht. In vorteilhafter Weise größerem Durchmesser als der unmittelbar darüber-

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liegende Teil der Bohrung versehen, und demnach und 72 der Buchse einwärts in den Kükendurchflußbesitzt die Bohrung einen endlosen ringförmigen kanal 56 ausbeulen, wenn sich der Absperrhahn in Bund 32, der sich um das untere Ende der sich ver- geschlossener Position befindet. Wenn nun das Küken jungenden Bohrung erstreckt. in die geöffnete Position gedreht wird, kann die

Am oberen Ende des Gehäuses 20 befindet sich 5 Dichtungsbuchse zerrissen oder wechselweise so fest eine zweite ringsum laufende Nut 36, ähnlich der in dem Küken verankert werden, daß sie sich eher Nut 31. Unmittelbar unter dieser Nut 36 ist ein ringsum mit dem Küken dreht, als festliegend in dem Gehäuse laufender Bund 37 in der Bohrung, ähnlich dem Bund zu bleiben.

32 in der Nähe des unteren Endes der Bohrung, vor- Nach der Erfindung wird dies Problem ausge-

gesehen. io schaltet, indem man eine Druckentlastungszone oder

Die Oberflächenzone der Bohrung zwischen den kleine Zone 75 geringerer Dicke auf der Oberfläche Bunden 32 und 37 ist mit Einbuchtungen 41 und 42 der Dichtungsbuchse gegenüber dem Gehäuse vorversehen, die von gleicher Tiefe wie die Nuten31 sieht, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Vorzugsweise sind und 36 gegenüber den benachbarten Oberflächenteilen zwei solche kleinen Zonen geringer Dicke vorgesehen, der Bohrung sein können. Ein Küken 50 wird von der 15 und zwar axial und in Umfangsrichtung der Dichtungs-Bohrung 21 aufgenommen und besitzt wesentlich buchse in solchem Abstand versetzt, daß sie in gekleinere radiale Abmessungen als die Gehäusebohrung, schlossener Position des Absperrhahnes mit dem um dazwischen einen Ringraum frei zu lassen. In Kükendurchflußkanal fluchten. Im Falle der Entdiesem Ringraum befindet sich eine Dichtungsbuchse stehung eines Druckes oberhalb eines vorbestimmten 55 aus Fluorkohlenstoffharz, vorzugsweise Poly- 20 Minimums, d. h. der Entstehung eines Druckes hinter tetrafluoräthylen, um die erwünschte Dichtwirkung der Dichtungsbuchsev der sie in den Kükendurchflußzwischen dem Küken und dem Gehäuse zu erzielen. kanal drückt, reißt die kleine Zone geringer Dicke Das Küken ist mit einem Durchflußkanal 56 ver- und entlastet dabei den Druck hinter der Buchse in sehen, der mit den Kanälen 23 und 24 des Ventil- den Kükendurchflußkanal hinein, wodurch ein Vergehäuses und den Öffnungen 57 und 58 der Dichtungs- 25 drehen oder Zerreißen der gesamten Buchse verhindert buchse zum Ausfluchten gebracht werden kann. : :': ."wird. Bis zum itersten d§r kleinen Zone geringer

Der Einflußkanal des Gehäuses und die Einlaßseite Dicke ist die Dichtungsb'uchse frei von anderen des Kükens 56a sind vorzugsweise so konstruiert Löchern oder Öffnungen als den Öffnungen 57 und 58, und angeordnet, daß während einer Drehbewegung so daß'man eine kontinuierliche'Dichtungszone erhält, des Kükens von der offenen Position zu der ge- 30 die die Ansammlung von Fließmitteln in dem Raum schlossenen Position der Auslaßkanal 24 sich völlig - zwischen ■ Gehäuse und gegenüberliegender Fläche verschließt, während das Innere des Kükendurch- der Dichtungsbuchse ausschaltet, flußkanals weiter in direkter Fließmittelaufnahme- Die kleine Zone geringer Dicke wirkt als Sicherung

verbindung mit dem Einlaßkanal des Gehäuses bleibt für die Ausnahmefälle, in denen Temperatur, Druck und im wesentlichen den gleichen Druck aufweist wie 35 oder Bedienungsarten oder aber Kombinationen dieser den Einlaßdruck. Auf diese Weise wird der allgemein Bedingungen eine Drucksteigerung hinter den Teilen 71 mit 70 bezeichnete Teil der Dichtungsbuchse daran ge- und 72 der Dichfungsbuchse ergeben. Bei normaler hindert, sich nach einwärts auszubauchen, wobei er ab- Verwendung des Absperrhahnes schaltet die durch gerissen werden könnte, wenn das Küken gedreht wird. 'die Buchse gebildete kontinuierliche Dichtung im

Es wurde bei bestimmten Absperrhahnbedingungen 40 wesentlichen die Ansammlung von Fließmittel zwischen beobachtet, daß bei einer Drehung des Kükens von der Dichtungsbuchse und der Gehäusebohrung aus. der geschlossenen Position zu der offenen Position In F i g. 4 ist die kleine Zone geringer Dicke eine

eine Schädigung der Dichtungsbuchs 55 infolge des kreisförmige Höhlung mit einem Durchmesser α zwischen den in F i g. 3 gezeigten Teilen der Buchse 71 zwischen 6,3 und 9,5 mm. Die Zone kann bequemerund 72 und der Oberfläche der Ventilgehäusebohrung 45 weise durch einen Bohrer mit einem Winkel b an entstehenden Druckes auftreten kann. Die genaue seiner Spitze zwischen 110 und 130° angebracht werden. Ursache für die Entstehung des Druckes ist nicht. Die Bohrtiefe soll ausreichend sein, um eine relativ völlig verständlich und kann einem oder einer dünne Membran 80 mit einer Dicke c zwischen Kombination mehrerer der folgenden Gründe zu- 0,25 und 0,56 mm zu gewinnen, geordnet werden. In geschlossener Position des 50 Es wurde beobachtet, daß die Membran nach dem Absperrhahnes liegt ein wesentlicher Teil der Küken- Bersten keinen unversperrten Materialfluß in beiden oberfläche an dem Einlaßkanal 23 und ist dem Lei- Richtungen gestattet, d. h., daß die Fließgeschwindigtungsdruck ausgesetzt, wodurch eine leichte Seiten- keit in den Kükendurchflußkanal hinein wesentlich verschiebung des Kükens gegen die Abstromseite größer ist als die Fließgeschwindigkeit von dem Kükenbewirkt wird. Diese vermindert die Dichtwirkung 55 durchflußkanal zum Außenumfang der Buchse. Bei der Teile der Dichtungsbuchse, die allgemein mit Verwendung einer Membran mit einer Dicke von 73 und 74 bezeichnet werden, so daß ein unter Druck 0,3 mm und einem Druck von 4,2 kg/cm² betrug beistehendes Fließmittel zwischen die Buchse und das spielsweise der Materialfluß durch die geborstene Gehäuse einsickern kann, wie durch die Pfeile in Membran zu dem Kükendurchflußkanal etwa 1950 cm³/ F i g. 3 gezeigt ist. Außerdem besitzt Polytetrafluor- 60 Min., während der Materialfluß von dem Durchflußäthylen auch die Neigung, ein Hindurchtreten von kanal durch die gleiche geborstene Membran zum Materialien mit niedrigem Molekulargewicht zu Außenumfang der Buchse etwa 214 cm³/Min. betrug, gestatten. Ferner neigt Polytetrafiuoräthylen bei Im Falle einer Membran mit einer Dicke von 0,38 mm erhöhten Temperaturen zum Erweichen, und dieser und 4,2 kg/cm² Druck betrug die Fließgeschwindigkeit Zustand kann durch Absorption verschiedener Chemi- 65 in den Kükendurchflußkanal 120 cm³/Min., während kalien durch die Dichtungsbuchse noch verschlimmert der Materialfluß von dem Kükendurchflußkanal zum werden. So bewirkt die Erweichung der Dichtungs- Außenumfang der Dichtungsbuchse sehr gering und buchse und der Druckaufbau, daß sich die Teile 71 unmeßbar war. Demnach arbeitet die Membran nach

dem Bersten als Rückschlagventil, das den Druck auf den Außenumfang der Buchse zu deren Schutz entlastet, aber bestrebt ist, einen umgekehrten Materialfluß von dem Kükendurchflußkanal zum Außenumfang der Buchse zu verhindern.

Bei Versuchen, die mit einer Zone bzw. Membran mit einem Durchmesser von 6,3 mm und unter Verwendung eines Bohrers mit einem 120°-Winkel bei einem Absperrhahn von 5 cm durchgeführt werden, erhielt man die folgenden Ergebnisse:

Druckentlastungsversuche

Membrandicke	Temperatur der Dichtungsbuchse	Bruch bei Druck	Erforderliche Drehkraft vor/nach dem Bruch
0,38 mm	24°C	teilweise bei 17,6 kg/cm² völlig bei 38,7 kg/cm²	4,8/6,9 mkg 6,9/4,14 mkg
0,43 mm	24⁰C	teilweise bei 24,6 kg/cm² völlig bei 31,6 kg/cm²	6,6/6,6 mkg 6,6/5,2 mkg
0,51mm	24° C	teilweise bei 28,1 kg/cm² völlig bei 31,6 kg/cm²	8,5/8,0 mkg 8,0/5,5 mkg
0,56 mm	24° C	teilweise bei 28,1 kg/cm² völlig bei 35,2 kg/cm²	10 /8,9 mkg 8,9/5,5 mkg
0,63 mm	24⁰C	teilweise bei 28,1 kg/cm², völlig bei 35,2 kg/cm²	8,9/8,9 mkg 8,9/5,5 mkg
0,76 mm	24° C	völlig bei 31,6 kg/cm²	12,4/7,6 mkg

Dieses Merkmal ist von Bedeutung, da es einen ungehinderten Matertalfluß von dem Kükendurchflußkanal zur Außenumfangsfläche der Buchse verhindert, während es gleichzeitig erforderlichenfalls einen Fluß in umgekehrter Richtung zur Druckentlastung und damit zum Schutz der Dichtungsbuchse gestattet.

Claims

35 Patentansprüche:

1. Druckausgleichseinrichtung in einer in einem Absperrhahn zwischen Gehäusebohrung und Küken eingelegten Dichtungsbuchse aus Fluorkohlenstoff harz zwischen einem von der Außenumfangsfläche der Buchse und der Gehäusebohrung sowie einem von der Innenumfangsfläche der Buchse und dem Kükendurchflußkanal in der Absperrstellung des Kükens eingeschlossenem Raum, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichseinrichtung in der Dichtungsbuchse (55) aus einer kleinen Zone (75) geringerer Dicke als die Dicke der Dichtungsbuchse besteht und erst dann wirksam wird, wenn der Druck in dem Raum zwischen der Außenumfangsfläche der Buchse und der Gehäusebohrung (41) ein vorbestimmtes Maß überschreitet und die Zone der Dichtungsbuchse geringerer Dicke durchbricht.

2. Druckausgleichseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (75) eine Membran mit einer Dicke zwischen 0,25 und 0,56 mm ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen